2. Генераторы европейских фирм

Ведущими европейскими фирмами по производству автомобильных генераторов являются фирмы Bosch (Германия), Valeo (Франция) и Magneti Marelli (Италия). Фирма Bosch комплектует своими генерато­рами автомобили, производящиеся в Германии - Mercedes, BMW, Audi, Opel, Volkswagen и др., Valeo ориентировано на французское автомо­бильное производство - Peygeot, Citroen, Renault, а также автомобили Volvo. Magneti Marelli - это основной поставщик фирмы FIAT. Генера­торами фирмы Lucas, вошедшей в состав Magneti Marelli, комплекту­ются английские автомобили. Конечно, это разделение весьма условно. В производстве автомобильной электротехники международная инте­грация очень глубока. Генераторы фирмы Bosch можно встретить на американских автомобилях. Европейские автомобильные фирмы исполь­зуют и японские генераторы. Ниже рассмотрены особенности устрой­ства, схемного исполнения, основные параметры генераторов этих фирм. Генераторы фирмы Bosch, как наиболее часто встречающиеся на авто­мобилях, эксплуатируемых в России рассмотрены более подробно. Гене­раторы других фирм рассматриваются в сравнении с изделиями фирмы Bosch.

2.1. Генераторы фирмы Bosch

С конца 60-х годов фирма выпускает для установки на легковые ав­томобили генераторы серий К1 и N1. Генераторы этих серий выпуска­ются и сегодня. Конечно, за время столь долгого выпуска конструкция генераторов претерпела существенные изменения. Так, вынесенный от­дельно регулятор напряжения был заменен на встроенный в генератор. Существенно уменьшилась масса генераторов, улучшились их выход­ные характеристики. В табл. 1 представлены основные параметры совре­менных генераторов этих серий.

Таблица 1. Основные параметры генераторов К1, N1

Тип	Ток отдачи А при частоте вращения		Наружный диа­метр статора, мм	Масса (без шкива), кг
	1500 мин'1	6000 мин'1
KI-14v 20/45 А 23/55А 23/65А 28/70А 30/85А	20	45	125	4
	23	55	125	4,2
	23	65	125	4,5
	28	70	125	4,7
	30	80	125	5,1
Nl-14v 36/80A 34/90А 40/115А 2 5/ 140 А	36	80	138	5,6
	34	90	138	5,6
	40	115	142	6,2
	25	140	142	6,4

По обозначению генератора, указанному на наклейке, расположен­ной на цилиндрической части задней крышки генератора, можно опре­делить характерные точки его токоскоростной характеристики и номи­нальное напряжение. Обозначение соответствует первой графе табл. 1. По­сле номинального напряжения дробью указаны силы тока по токоско­ростной характеристике при частоте вращения 1500 и 6000 мин⁴. Рядом обычно изображается эмблема или марка автомобиля, для которого предназначен генератор: Mercedes, Volvo и т. п. Десятизначный номер модификации, например, 0120489975 отличает генераторы по присое­динительным размерам, расположению выводов, параметрам и т. п. До середины 80-х годов фирма использовала несколько иной способ ука­зания типа генератора с его электрическими параметрами. Например, Kl-14v 65A 25, где 65А - ток отдачи при 6000 мин"¹, а число 25 означа­ет, что частота вращения генератора равна 2500 мин~' при отдаче тока, равного 2/3 от тока при 6000 мин-'.

Генераторы одного и того же типа могут иметь несколько модифи­каций, которые отличаются отдельными конструктивными и электри­ческими параметрами (присоединительные размеры, включая привод­ной шкив и внешние выводы, способы защиты от загрязнения и повы­шенной температуры в подкапотном проостранстве, размеры подшип­ников, уровень регулируемого напряжения, защита от перенапряже­ний в бортовой сети). Модификацию отличает десятизначный номер, о чем говорилось выше.

26

27

Генераторы К1 и N1 имеют одинаковую электрическую схему, ко­торая приведена на рис.ба. Помимо "массы", генераторы имеют следу­ющие внешние выводы с обозначением:

"В+"- силовой вывод для соединения с плюсовым проводом борт-сети (батарея и нагрузка);

"D+"- вывод " + " от дополнительного выпрямителя обмотки возбу­ждения для соединения с лампой контроля работоспособного состоя­ния генераторной установки;

"+"- дополнительный вывод силового "+" для включения помехо-подавительного конденсатора 2,2 мкФ; "W"- вывод фазы обмотки статора.

Собственно генератор выполнен с электромагнитным возбуждени­ем и контактными кольцами, с трехфазной двухполупериодной схе­мой выпрямления,и тремя диодами дополнительного выпрямителя об­мотки возбуждения.

Для генераторов повышенной мощности используется дополни­тельное плечо с включением на нулевую точку обмотки статора. Об­мотка возбуждения одним концом включена на вывод "D+", а дру­гим через выходной транзистор на "массу". На эти же точки подсое­динена и входная цепь регулятора напряжения. Контроль исправности генератора при эксплуатации автомобиля осуществляется с исполь­зованием контрольной лампы, мощность которой по рекомендации фирмы должна быть не менее 2 Вт, чтобы обеспечить возбуждение генератора на минимальной частоте вращения двигателя. Между вы­водом "D+" и "массой" внутри генератора обычно включается доба­вочное сопротивление 68 Ом для обеспечения сигнализации (загора­ние лампы) обрыва цепи возбуждения в период движения автомоби­ля. Без этого сопротивления в случае указанного дефекта была бы воз­можна разрядка аккумуляторной батареи из-за отсутствия сигнализа­ции водителю о неисправном генераторе.

Конструкция генераторов рассчитана на сохранение работоспособ­ности при максимальной частоте вращения 15000 мин"¹, изменении температуры окружающей среды от -40 до +80°С и вибрационных на­грузках до 30g (g — ускорение свободного падения). Средний срок службы

150 тыс.км пробега автомобиля. На рис.14 представлен общий вид ге­нераторов K1,N1, а на рис.15 их внутреннее устройство. Пакет же­леза статора, изготовленный навив­кой стальной ленты на ребро, имеет 36 полузакрытых пазов с изоляци­онным покрытием, выполненным методом напыления. При значи­тельном пробеге в условиях влаж­ности и колебаний окружающей температуры может наблюдаться растрескивание и отслоение запы­ленной изоляции на торцах пакета статора, что способно привести к отказу генератора из-за замыкания

на "массу" уложенной в пазы обмотки статора. Магнитная система ро­тора двенадцатиполюсная. Сопротивление обмотки возбуждения на раз­ных типах генераторов различно, и находится в диапазоне 4,5...2,6 Ом. Различные токоскоростные характеристики (мощность) типов генера­торов одной серии обеспечиваются изменением главным образом об­моточных данных статора и ротора (число витков и диаметр провода). Выпрямительный блок (рис. 16) состоит из двух расположенных в од­ной плоскости алюминиевых или медных теплоотводов толщиной 2,5...3 мм, в отверстия которых запрессованы силовые диоды соответствую­щей полярности, выполненные в цилиндрическом медном корпусе диа­метром 12,77 мм (0,5дюйма). Каждый из этих диодов обычно рассчитан на выпрямленный ток не более 30 А. Поэтому в генераторах N1 на ток более 90 А применяют блоки с удвоенным числом диодов (по 2 диода в параллель). Теплоотводы закреплены на пластмассовой монтажной плате

29

с спрессованными в нее соединительными медными проводниками, к которым привариваются выводы силовых диодов и трех диодов допол­нительного выпрямителя, закрепленных на плате, и припаиваются вы­воды фаз обмотки статора. Дополнительные диоды выполнены в пласт­массовом корпусе, каждый из них рассчитан на ток около 2 А.

Положительные теплоотводы,как правило, покрываются изолиру­ющей краской для исключения возможных замыканий на "массу" крыш­ки при сильном загрязнении дорожной пылью с проводящими солевы­ми растворами. На выпрямительном блоке закреплены внешние выво­ды генератора: "В+"- винтовой или плоский штекер, в том числе сдво­енный; "D+"- плоский штекер, "+" для конденсатора - плоский ште­кер и "W"- обычно плоский штекер. Имеется также внутренний пружи­нящий плоский вывод "D+", который при установке щеткодержателя с регулятором напряжения прижимается к его соответствующему кон­такту и подает питание на цепь возбуждения и регулятор напряжения. Выпрямительный блок крепится несколькими винтами на внутренней торцевой поверхности крышки со стороны контактных колец, при этом "массовый" (отрицательный) теплоотвод прижимается к приливам, чем обеспечивается электрический и тепловой контакт с крышкой. Внешние выводы выпрямительного блока выходят наружу через соот­ветствующие окна и отверстия в торце крышки. В эксплуатации возмо­жны случаи отказа выпрямительного блока из-за короткого замыкания или отрыва диодов, в том числе вследствие неправильной полярности подключения внешнего источника для запуска двигателя. В окно крыш­ки со стороны контактных колец вставляется и крепится двумя винта­ми объединенный в неразъемную конструкцию узел "щеткодержатель -регулятор напряжения". Для снятия и установки этого узла разборка генератора не требуется, что является безусловным преимуществом кон­струкции. При хорошем доступе к генератору возможен съем и установ­ка узла без снятия генератора с двигателя. Корпус щеткодержателя,

выполнен из изоляционного материала с шинами для соединения вну­тренней схемы с регулятором, канатиками щеток, "массой" крышки, пружинным контактом выпрямительного блока и дополнительным ос­теклованным сопротивлением 68 Ом. В двух каналах щеткодержателя размещены меднографитовые щетки с канатиками и нажимные пру­жины. Поперечное сечение щеток 5x8 мм. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются и при выступающей высоте менее 5 мм должны быть заменены новыми для исключения их зависания и отказа генератора. При значительном пробеге может отмечаться существенный износ кон­тактных колец, наружный диаметр которых в исходном состоянии в зависимости от типа генератора и времени выпуска равен 32 или 28 мм. Наиболее интенсивный износ контактных колец и щеток наблюдается при их загрязнении.

Закрепленный металлическими заклепками на корпусе щеткодержа­теля регулятор напряжения выполнялся до 1980 г. с электрической схе­мой на дискретных элементах и в пластмассовом корпусе в форме па­раллелепипеда (тип ЕЕ), а в последующие годы - на гибридной инте­гральной схеме, размещенной в герметичном металлическом круглом корпусе (типа корпуса транзистора) с фланцем и жесткими выводами (тип EL4C). Корпус регулятора EL4C несет электрический потенциал, в связи с чем для исключения отказа при возможных внешних замыканиях имеет прочное изоляционное покрытие черного цвета. В первые годы выпуска корпус защищался пластмассовой крышкой. Изоляционное по­крытие наносится и на выводы регулятора, чтобы исключить влияние на его работоспособность возможных замыканий при загрязнении.

По присоединительным размерам узлы щеткодержателей с регуля­торами типа ЕЕ и EL взаимозаменяемы. Следует иметь в виду, что щет­кодержатели с регуляторами напряжения выпускаются в двух невзаи­мозаменяемых модификациях для генераторов с диаметром контакт­ных колец 28 и 32 мм. Выбор модификации осуществляется изготовите­лем автомобиля и зависит от климатических температурных условий эксплуатации автомобиля, а также температурного режима под капо­том в месте установки генератора и аккумуляторной батареи. Для рай­онов с континентальным климатом предпочтение следует отдать вто­рому варианту. Модификации регуляторов напряжения (в том числе по уровню напряжения настройки) различаются номерами, нанесенны­ми краской на корпусе регулятора.

В опорах ротора фирма применяла шарикоподшипники с односто­ронними стальными защитными шайбами, а в последнее время с двух­сторонним резиновым уплотнением. Для исключения проворота наружной обоймы подшипника в гнезде крышки со стороны контакт­ных колец и износа посадочного места используются различные конст­рукции, такие как резиновое кольцо в канавке гнезда, облегающее на­ружное кольцо подшипника, волнистая стальная пружинная шайба, упирающаяся в торец наружного кольца, а в последнее время - пласт­массовый стакан, в котором размещается наружное кольцо. Размеры подшипников, определяющие их работоспособность, могут на одном и том же типе генератора меняться в зависимости от величины нагру­зки от приводного ремня и требований к надежности на автомобиле. Приводной шкив генератора стальной, штампованный, размеры его и

число ручьев зависят от передаточного отношения привода и мощно­сти, передаваемой ремнем с учетом схемы привода и мощности гене­ратора. Со второй половины 80-х годов на ряд модификаций генерато­ров устанавливаются цельнокатаные стальные шкивы малого диаметра (до 50 мм) под поликлиновые ремни. Кроме того, не применяется шпон­ка под шкивом и вентилятором, крепление их на валу теперь обеспечи­вается затяжкой гайки с пружинной шайбой. Одновременно в торце вала со стороны привода выполнено шестигранное углубление под тор­цевой ключ, для разборки и сборки генератора (для затяжки и отво­рачивания гайки крепления шкива). Система вентиляции соответствует обычно рис. 11 ,а и (б) — у автомобилей с повышенной подкапотной температурой или сильным загрязнением в месте установки генератора. Генератор устанавливается на кронштейне двигателя на одной (чаще всего) или двух лапах. На передней крышке имеется также ухо под натяжную планку. На ряде двигателей с поликлиновым ремнем при зафиксированном положении генератора натяг ремня обеспечивается с помощью натяжного ролика.

В 90-х годах фирма Bosch начала для легковых автомобилей выпуск новой, более совершенной серии генераторов "компактной" конст­рукции с обозначением GC, КС и NC. В табл. 2 представлены основные параметры генераторов этой серии.

Генераторы рассчитаны на большее передаточное отношение при­вода и частоту вращения. Поэтому отдаваемый на оборотах холостого хода двигателя ток фирма указывает при частоте вращения генератора 1800 (вместо 1500) мин'¹.

По присоединительным размерам и электрической схеме включе­ния генераторы новой серии в сборе взаимозаменяемы с соответству­ющими модификациями генераторов К1 и N1. Однако по основным узлам и деталям их конструкция иная.

Новая серия генераторов, общий вид которой представлен на рис.17, а устройство на рис.18 имеет следующие отличия и преимущества в сравнении с генераторами первой серии:

вместо внешнего центробежного вентилятора большого диаметра на

Таблица 2. Основные параметры генераторов GC, КС и NC

Тип	Ток отдачи А, при частоте вращения:		Наружный диа­метр статора, мм	Масса (без шкива), кг
	1800 мин'1	6000 мин'1
GC-14v 27-50A 27-60А . , 30-60А	27	50	116	4
	27	60	116	4
	30	70	116	4,2
KC-14v 40-70A 40-80А 45-80А 45-90А	40	70	125	4,9
	40	80	125	4,9
	45	80	125	5,4
	45	90	125	5,4
NC-14v 50-100А 60-I20A 40-140А	50	100	142	6
	60	120	142	6,6
	40	140	142	6,7

Рис.17. Внешний вид генераторов ОС, КС и NC фирмы Bosch

роторе внутри генератора установ­лены два вентилятора малого диа­метра. Это снизило уровень шума, увеличило КПД и сделало генера­тор более компактным, что особен­но важно при его размещении на современных автомобилях с боль­шой плотностью компоновки обо­рудования в подкапотном про­странстве. Последняя особенность нашла отражение в обозначении ти­пов генераторов новой серии,

С — слова "compact". Схема вентиляции (см. рис.11,в) двухпоточная, аксиальнорадиальная. Охлаждающий воздух входит в генератор с двух торцов и уже нагретый выбрасывается через вентиляционные щели на цилиндрической поверхности крышек.

Контактные кольца вынесены на консольный конец вала с умень­шением их наружного диаметра до 15,5 мм, что повысило срок службы щеток, самих колец и облегчило защиту всего узла от загрязнения.

Выпрямительный блок с теплоотводами, размещенными друг над другом, выполнен на силовых стабилитронах вместо обычных диодов в том же корпусе, в связи с чем уровень перенапряжений на зажимах генератора и в сети автомобиля не превышает 40 В. Все элементы блока (а не только положительный теплоотвод) имеют надежное изоляцион­ное покрытие от воздействия окружающей среды и возможных замы­каний. Блок размещен на наружном торце крышки и закрыт пластмас­совым защитным кожухом с вентиляционными щелями, которые фор­мируют направленный поток входящего воздуха. Для доступа к блоку достаточно снять этот кожух. Все электрические соединения на монта­жной плате блока сварные, в том числе и выводы фаз обмотки статора. Соединение фаз в схему осуществляется в монтажной плате.

Схема регулятора напряжения выполнена в одном кристалле с "—" на корпусе, что снизило потери мощности в регуляторе и повысило его надежность. Возможно применение такого типа регулятора (обозначе­ние EL14v) в сборе с соответствующими щеткодержателем и на гене­раторах К1, N1. Однако, в связи с пониженной стойкостью нового ре­гулятора к перенапряжениям на генераторах первой серии должны ус­танавливаться выпрямительные блоки на силовых стабилитронах.

Изменена система сопряжения статора с крышками (посадка на вы­ступающие в центре пакета пластины), что уменьшило возможные пе­рекосы подшипников. Однако, такая конструкция имеет и недостаток, в связи с тем, что пакет статора не сжимается по торцам крышками. При эксплуатации в условиях повышенной влажности и отрицательных температур проникшая между пластинами влага при замерзании вызы­вает местные расслоения пакета в осевом направлении, пазовая изоля­ция нарушается и происходит замыкание обмотки статора на "массу".

Увеличены допустимая температура окружающей среды с +80 до +90°С и максимальная частота вращения с 15000 до 18000 мин~'.

Фирма Bosch выпускает также модификации генераторов для уста­новки на автомобили взамен генераторов других фирм. При этом для обеспечения полной взаимозаменяемости электрическая схема генера­тора и отдельные элементы конструкции могут отличаться от рассмот­ренных выше. Так же поступают и другие изготовители.